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设计进度要求:

第一、二周：

确定题目,查阅资料，根据要求分析抢答器的设计、工作原理。

第三、四周：

根据工作原理画流程图并编译梯形图，并进行硬件设计。

第五、六周：

对软件设计，进行上机调试,找出问题,进行修改,并改进设计。

第七、八周：

撰写论文,毕业答辩。

指导教师（签名）

摘要

近年来随着科技的飞速发展，PLC的应用不断地走向深入，同时带动传统的控制检测技术的不断更新，可编程控制器由于其优良的控制性能，极高的可靠性，在各行各业中的应用日益广泛普及。

对于抢答器其广泛用于电视台、商业机构、企事业工会组织、俱乐部及学校等单位组织举办各种知识、技术竞赛及文娱活动时作抢答之用，为竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活，并且给人的视觉效果非常好，是各单位开展素质教育、精神文明、娱乐活动的必备产品。

本次设计是利用PLC（ProgrammableLogicController）对PLC控制的四路智力抢答器进行控制。

首先，选择这个题目之后，我对本次设计进行了全面的思考。

使自己对本次设计有一个大致的总体思路，然后仔细分析PLC控制的四路智力抢答器的工作原理，以及它的一些工作过程，分析后得出它主要需要完成主持人的控制、选手的抢答、报警、计时及输出显示功能等。

考虑到只是PLC控制的四路智力抢答器则输出端口需要25个，输入端口需要7个，由于PLC具有可靠性高、体积小、通用性、使用方便等优点，因此，我决定选用SIMATICS7-200系列的CPU226和数字量扩展模块EM223作为本次设计的PLC。

具有方便灵活，维护使用方便等特点。

关键词：

智力控制，四路抢答器，PLC

1PLC四路抢答器概述

1.1PLC四路抢答器概述

抢答器广泛用于电视台、商业机构及学校，为竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活。

本文介绍一种数字式抢答器，能使四个队同时参加抢答,赛场中设有1个裁判台，4个参赛台，分别为1号、2号、3号、4号参赛台.总体设计选用西门子PLC控制,抢答操作方便，在很多的场所都可以使用，并且给人的视觉效果非常好。

抢答器，顾名思义就是用于比赛时，跟对手比反应时间，思维运转快慢的新型电器。

随着社会科技技术的不断发展，他的应用场合也随之增加；

技术含量大大提升；

更加方便可靠。

目前,形式多样、功能完备的抢答器已广泛应用于电视台、商业机构、学校及企事业单位,它为各种竞赛增添了刺激性、娱乐性,在一定程度上丰富了人们的业余生活。

用PLC进行知识竞赛抢答器设计，其控制方便，灵活，只要改变输入PLC的控制程序，便可改变竞赛抢答器的抢答方案。

PLC智能抢答器与单片机抢答器相比，在许多方面都显示出优越性.首先说一下单片机抢答器，所谓单片机系统就是采用目前市场上的单片机CPU及其它外围芯片，根据不同系统设计电路板，最终设计成一台简易的计算机系统，并在此基础上设计程序以达到所要求的控制功能。

这种形式在80年代国内很流行，但由于受到本身可靠性及其它方面的限制，目前除了仪表上仍然采用外，在工业现场的应用已逐步被PLC所代替。

单片机的可靠性：

由于目前国内市场上的单片机芯片的品质良莠不齐，很大一部分还是国外筛选出来的次等品，加上其它外围元件（如电阻、电容等）的参数离散性也很大，批量小的产品不可能经过筛选配对等技术处理，因此这样的产品很难做到很好的一致性和高可靠性，因为任一元件的参数偏离设计要求都会引起系统的不稳定。

另外，单片机的所有器件均不是工业级的，抗干扰性特别是抗电源干扰能力很弱，而国内的电源一般都很差，加上压片机的变频调速对电源的干扰很大，因此，更可能引起单片机系统的不稳定。

单片机的可扩展性：

由于单片机的线路是根据一定的功能要求特别设计的，所以要增加一个功能就要重新设计线路，而且对应的程序都要重新设计。

这样对于增加功能的开发成本和周期都会增加。

单片机的可维护性：

一旦单片机系统出现故障，很难诊断出故障元件，最简单的方法是更换整个系统，这样维修成本增加了。

操作：

现在国内单片机系统的操作均采用自设计的键盘，设定数据用拨码开关，显示用LED，整个面板显得繁锁，而且为了减少操作键，设计时往往一键多用，操作人员很难脱开说明书操作。

特别是故障显示只能显示故障代码，一旦发生故障，操作人员必须翻阅说明书方能发现故障所在，最终按说明书指示排除故障，这样排除故障的时间相对较长。

总之，这样的人机对话不够友善。

特点：

不可靠，价格便宜。

可编程控制器（PLC）：

所谓PLC系统就是采用目前市场上各大工业控制厂家生产的可编程控制器，根据要求选用不同的模块，在此基础上设计程序以达到所设计的功能。

这种形式目前在工业现场应用最为广泛。

PLC的可靠性：

进口PLC采用的CPU都是生产厂家专门设计的工业级专用处理器，其余各元件也是直接向生产厂家购买的，经过严格挑选的工业级元件，另外它的电源模块也是集各大公司工业控制的经验而特别设计的，抗干扰性特别是抗电源干扰能力有很大提高，即使在电源很差和变频调速的干扰下仍能正常工作。

PLC的可扩展性：

要增加一个功能只要增加相应的模块和修正对应的程序，而PLC的编程相对比较简单，这样对于开发周期会缩短。

PLC的可维护性：

PLC本身有很强的自诊断功能，一旦系统出现故障，根据自诊断很容易诊断出故障元件，即使非专业人员也能维修，如果故障由于程序设计不合理引起，由于它提供完善的调试工具，要找出故障也较为简单。

PLC的操作采用触摸式操作终端，人机界面，全屏显示，上面设计了很详尽的操作指南，即使第一次使用，也能根据提示顺利操作，这就降低了对操作人员的要求，一般工人也能很快掌握。

另外，一旦系统发生故障，画面自动切换到故障提示画面，提示故障原因和排除方法。

甚至可以显示故障在机器上的位置，维修人员可以根据提示很快排除故障。

价格与前二种控制器相比略贵，可靠性好，操作简单。

1.2PLC智能抢答器的工作原理

我所设计的PLC智能抢答器是适合四个人抢答的四路抢答器，现在以四路抢答器为例。

给竞赛主持人设置了3个控制按钮，用来控制开始、复位、答题计时，每当主持人发出开始抢答指令后，那组选手最先按下抢答器按钮，则数码管就显示该组的编号，同时绿色指示灯亮，音响电路发出声响提示信号（持续三秒）以指示抢答成功，并对其后的抢答信号不在相应，选手答题完毕后，由主持人按下复位按钮，系统开始下一轮抢答。

若选手在未开始抢答时提前抢答了，则视为违规，违规时数码管显示其编号同时红灯亮音响电路发出声响。

当主持人按下抢答器按钮时定时器T0开始计时（设定30秒）若30秒限制到时仍无人抢答则黄灯亮音响电路发出声响，以示选手放弃该题。

在抢答成功后，主持人按下答题计时按钮，同时数码管显示答题倒计时时间改时间可根据需要调节，此设定为50秒，选手必须在设定时间内完成答题，否则，音响电路发出超时报警信号。

其中以上功能都通过编制的PLC程序来控3个制数码管和3个指示灯以及一个喇叭来实现，如图1.1所示:

图1.1抢答器模型图

2PLC概述

2.1PLC的基本结构

PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，如图2.1所示：

图2.1PLC硬件结构

2.2PLC工作原理

2.2.1循环扫描的特点

1、输入映像寄存器的内容是由设备驱动的，在程序执行过程中的一个周期内输入映像寄存器的值保持不变，CPU采用集中输入的控制思想，只能使用输入映像寄存器的值来控制程序的执行。

2、扫描周期周而复始地进行，读输入、输出和用户程序是否执行是可控的。

3、对同一个输出单元的多次使用、修改次序会造成不同的执行结果。

4、各个电路和不同扫描阶段会造成输入和输出延迟，这是PLC的主要缺点。

在读输入阶段，CPU对各个输入端子进行扫描，通过输入电路将各输入点的状态锁入映象寄存器中。

紧接着转入用户程序执行阶段，CPU按照先左后右、先上后下的顺序对每条指令进行扫描，根据输入映象寄存器和输出映象寄存器的状态执行用户程序，同时将执行结果写入输出映象寄存器。

2.2.2PLC中的存储器

PLC中的存储器按用途分为系统程序存储器、用户程序存储器以及工作数据存储器。

1、用户程序存储器用来存储根据控制要求而编制的用户应用程序。

2、用来存储工作数据的区域称为工作数据区。

3、系统程序存储器中存放的是厂家根据其选用的PLC的指令的系统编写的系统程序，它决定了PLC的功能，用户不能更改其内容。

2.3PLC的编程语言

PLC是通过程序对系统进行控制的，作为一种专用计算机，为了适应其应用领域，一定有其专用的语言。

PLC的编程语言有多种，如梯形图、语句表、功能图等。

梯形图编程语言是一种图形语言，具有继电器控制电路形象、直观的优点；

语句表编程语言类似计算机的汇编语言，用助记符来表示各种指令的功能，是PLC用户程序的基础元素。

梯形图程序让PLC仿真来自电源的电流通过一系列的输入逻辑条件，根据结果决定逻辑输出的允许条件。

梯形图按逻辑关系分为“梯级”或网络。

如图2.2所示是用PLC控制的梯形图程序，可完成与继电器控制的电动机直接起、停（起、保、停）继电器控制电路图相同的功能。

图2.2PLC控制的梯形图程序

特殊功能单元有模拟量、模糊控制连网等功能。

3系统硬件设计

3.1控制系统选取

抢答器对时间间隔的要求很高，而且多在会议、答辩赛等一些正规的需要进行抢答的场合中使用，所以对设备的精准性和可靠性要求很高。

为此，我们对将采用的控制系统进行了全面的分析对比。

可编程控制器（PLC）是由工业微型计算机、输入,输出设备、保护及抗干扰隔离电路等构成的微机控制装置，具有顺序、周期性工作的特征，从应用角度看可编程控制器具有如下特点：

1、可靠性高：

由于可编程控制器的输入,输出端口均采用继电器或光电耦合器件，采取了隔离和抗干扰措施，使其具有很高的抗干扰能力，因而能在恶劣环境下可靠工作。

2、体积小：

由于在制造时采用了大规模集成电路和微处理器，用软件编程代替了硬连线，便于安装，实现了小型化。

3、通用性好：

由于可编程控制器采用模块化结构，一般有CPU模块、电源模块、PID模块、模拟输入和输出模块等，可以用这些模块灵活的组成各种不同的控制系统，对不同的控制系统，只需选取不同的模块即可，因而具有很好的适用性。

4、使用方便：

对于不同的控制系统，当硬件结构选定后，如果输入、输出作很小的变动时，只需修改相应程序即可，无需对系统连线做较大的修改，减少了现场调试的工作量，使用起来灵活方便。

基于可编程控制器的上述优点能够适应和满足立体车库高性能的使用要求，所以我确定该车库控制系统为PLC（西门子S7-200系列）。

S7-200系列的PLC在各种行业的检测及控制的自动化都得到广泛的应用。

由于其具有极高的性价比，在以下几方面都有优越的表现：

极高的可靠性、程序易于掌握，实时特性功能、编程语言指令丰富，操作简便，有丰富的扩展功能。

抢答器所使用的各种判断信号均为数字量，所以用西门子S7-200系列就完全可以满足电气控制系统方面的要求。

3.2控制系统的硬件组成

在抢答器的工作过程中，主控单元的主要控制对象首先是输入信号，控制系统就是判别这个事件有没有发生，不同的情况给出不同的结果，让大家都很快的明。

其硬件组成结构图如图3.1所示:

图3.1系统硬件结构

3.3系统控制要求

1．抢答器可同时供四组选手参加比赛

2．给主持人设置三个控制按钮，用来控制抢答的开始、复位和答题计时的开始。

若30S时限到仍无人抢答，则黄灯亮、音响电路发出声响，以示选手放弃该题。

6.答题限时：

3.4控制系统I/O分配表

3.4.1抢答器的PLC控制系统的输出端口

抢答器的PLC控制系统的输出端口如表3.1所示：

表3.1输出信号对照表

信号名称

内部地址

数码管1a段

Q0.0

数码管2g段

Q1.6

数码管1b段

Q0.1

数码管3a段

Q2.0

数码管1c段

Q0.2

数码管3b段

Q2.1

数码管1d段

Q0.3

数码管3c段

Q2.2

数码管1e段

Q0.4

数码管3d段

Q2.3

数码管1f段

Q0.5

数码管3e段

Q2.4

数码管1g段

Q0.6

数码管3f段

Q2.5

数码管2a段

Q1.0

数码管3g段

Q2.6

数码管2b段

Q1.1

音响

Q3.0

数码管2c段

Q1.2

绿色指示灯

Q3.1

数码管2d段

Q1.3

黄色指示灯

Q3.2

数码管2e段

Q1.4

红色指示灯

Q3.3

数码管2f段

Q1.5

3.4.2抢答器的PLC控制系统的输入端口

抢答器的PLC控制系统的输入端口如表3.2所示：

表3.2输入信号对照表

抢答开始按钮SB1

I0.0

第二组抢答按钮SB5

I1.1

主持人复位按钮SB2

I0.1

第三组抢答按钮SB6

I1.2

答题计时按钮SB3

I0.2

第四组抢答按钮SB7

I1.3

第一组抢答按钮SB4

I1.0

3.5系统硬件连接图

根据系统要求和所需要的硬件，系统数字量输入点总计7个点，输出点总计25个点。

综合考虑到系统的性价比和系统的可扩展性，输入、输出点留出一定的富裕量，因此PLC选择SIEMENS的S7-200系列的CPU226继电器输出型和数字量扩展模块EM223。

输入、输出端子电气接线图如图3.2所示。

（具体请参考表3.1和表3.2）

图3.2控制系统外部I/O接线图

4系统软件设计

4.1整体设计

根据PLC智能抢答器的控制要求，应用程序采用一体化结构。

通过PLC控制程序来实现整体的运行，系统仅需要少量的按钮和接口，一般的PLC配置都可运行。

该系统本着简单易懂、可靠性强、适应性强等方面进行设计。

在抢答时只需按动按钮即可数码管在系统程序的控制下自动显示组号以及倒计时时间。

安全、可靠、省时、省力、价格便宜。

控制软件应用SIEMENS编程软件，采用梯形图语言编写,工作系统自动控制流程框图如图4.1.所示。

根据系统控制要求，进行针对性设计，要充分保证系统的安全，保证整个系统的运行安全可靠。

自动条件下，必须复位后在满足自动条件下才能进行自动运行程序，当中充分应用各个过程的互锁来保证系统的安全。

如下图所示，有主程序和若干子程序组成，其整体设计工作系统自动控制流程图如图4.1所

图4.1PLC工作系统自动控制流程图

4.2PLC控制程序

为了编程结构的简单、明了在主程序中引用了中间继电器，I1.0—I1.3分别为四组选手的抢答信号，同时我们用中间继电器M0.0、M0.1、M1.0—M1.3进行自锁和互锁功能，以保证每个选手公平抢答。

主持人控制台有I0.0按钮用以抢答开始，I0.2按钮用以控制答题时间地开始，I0.1按钮为复位按钮。

4.2.1主持人控制台控制抢答器的开始、答题计时和复位

当主持人按下I0.0按钮后，选手才能正常抢答，否则视为违规抢答开始程序如下图4.2所示：

图4.2抢答开始

当选手抢答成功后，主持人按下答题计时开始按钮I0.2后，答题计时开始，程序如图4.3所示：

图4.3答题计时开始

抢答完毕，当主持人按下按钮I0.1，系统才能进行下一轮的抢答，如图4.4所示：

图4.4复位

4.2.2组别显示

每当主持人发出开始抢答指令后，那组选手最先按下抢答按钮，则数码管1就显示该组的组号，如图4.5所示：

图4.5组别显示

4.2.3选手的抢答

主持人发出抢答开始指令后，选手开始抢答，否则抢答无效视为违规抢答，四组选手的抢答程序如图4.6所示：

图4.6四组选手的抢答

4.2.4答题限时

在抢答成功后，主持人按下答题计时开始按钮，同时数码管2、3上显示答题倒计时时间（该时间设定为50S）。

如图4.7所示：

图4.7倒计时程序

4.2.5音响电路

每当主持人发出开始抢答指令后，那组选手最先按下抢答按钮音响电路给出音响提示信号（持续3S），以指示抢答成功，并对其后的抢答信号不再响应；

若选手在未开时抢答试题时抢答了，则视为违规，音响电路发出声响警告；

当主持人按下开始按钮后，若30S时限时到仍无人抢答，音响电路发出声响，以示选手放弃该题；

在抢答成功后，主持人按下答题计时开始按钮，选手必须在设定的时间内完成答题，否则音响电路发出答题超时报警信号。

如图4.8所示：

图4.8音响电路

4.2.6指示灯电路

每当主持人发出开始抢答指令后，若有选手最先按下抢答按钮，则绿色指示灯亮以指示其抢答成功；

若选手在未开时抢答试题时抢答了，则视为违规，同时红灯亮以示其违规抢答；

当主持人按下开始按钮后，定时器T0开始计时（设定30S），若30S时限时到仍无人抢答，则黄灯亮，以示选手放弃该题。

如图4.9所示：

图4.9成功、无人抢答

若选手在未开时抢答试题时抢答了，则视为违规，同时红灯亮以示其违规抢答。

如图4.10所示：

图4.10违规抢答

4.2.7抢答器控制程序

为了便于读懂和了解抢答器的控制过程，其详细控制程序如图4.11所示：

图4.11四路抢答器的总程序

致谢

经过一个多月的时间，在各位老师、同学的帮助下，在我的不断努力下，我的毕业设计终于要完成了。

从设计中我学到许多知识，也理解了做任何事都要细心的道理。

知识的积累是一点一滴的，在设计中我也感受颇深。

在此我要真诚的感谢老师给予我的指导，在设计过程中冯老师严格督促我的毕业设计速度，及时的帮我解决我在设计中遇到的各种问题和困难，在设计中一直对我严格要求，在整个毕业设计过程中都给我耐心的指导和讲解，并主动为我提供各种相关技术资料，在冯老师的帮助和指导下我顺利完成了本次毕业设计，也让我在这次毕业设计中受益匪浅，在此谨向冯老师致以深切的谢意！

在这次毕业设计中我也遇到了许多困难得到了学校里其他老师的帮助和指导，我也要感谢我的母校济源职业技术学院，是她提供了良好的学习环境和生活环境，让我的三年大学生活丰富多彩，为我的人生留下精彩的一笔。

感谢评阅和阅读本设计论文的老师为此付出的辛勤劳动！

在此还要感谢济源职业技术学院的全体老师，感谢他们对我的培养！

最后祝愿各位老师：

合家欢乐！

工作顺利！

身体健康

参考文献

[1]蒋圣平、颜景龙、裴焕斗等。

PLC在抢答器中的应用[J]。

测试技术学报，2000

[2]林明星。

电气控制及可编程序控制器[M]。

北京：

机械工业出版社，2004

[3]周淑珍、高鸿斌。

PLC分析与设计应用。

电子工业出版社，2004

[5]王玉中。

电气控制及PLC应用技术。

河南：

河南科学技术出版社，2006

[6]孙平。

可编程序控制器原理及应用，北京：

高等教育出版社，2003

[7]张新军。

电气控制与PLC技术及应用。

济源：

济源职业技术学院出版社，2006

[8]王芳。

立体车库及其控制[J]。

电器传动，1998

[9]邹其洪、黄智伟、高嵩、等编著。

电工电子实验与计算机仿真[M]。

电子工业出版社，2005

[10]王成福主编。

可编程序控制器原理及应用。

机械工业出版社，2006

[11]张进秋主编。

可编程控制器原理及应用实例[M]。

机械工业出版社，2004

[12]江秀汉、汤楠主编。

西安：

西安电子科技大学出版社，2003

[13]陈新华主编。

电工技术与可编程序控制器实践。

机械工业出版社，2002